Введение
Проще говоря, черные металлы — это металлы, в которых железо является основным элементом, тогда как цветные металлы не содержат железа. Это их самое основное и существенное различие. Это основное различие также обуславливает множество различий между черными и цветными металлами в их характеристиках, применении, технологиях обработки, физических свойствах и т.д. Понимание этих различий позволит нам выбрать правильные металлические материалы для проекта и разработать решения, учитывающие как эффективность эксплуатации проекта, так и его экономическую целесообразность. В данной статье будет проведено сравнение различий между черными и цветными металлами с разных сторон, чтобы помочь новичкам в металлургической отрасли получить базовые знания и предоставить новые перспективы и идеи для специалистов в обрабатывающей промышленности, машиностроении, строительстве и других отраслях.
Примеры черных и цветных металлов
Прежде чем сравнивать черные и цветные металлы, необходимо сначала рассмотреть примеры распространенных черных и цветных металлов.
Черные металлы
Под черными металлами в основном подразумевают железо и сплавы железа, а сплавы железа делятся на чугун и сталь.
Чугун
Серый чугун
Ковкий чугун
Ковкий чугун
Белый чугун
Чугунная легированная сталь
Кованое железо
Сталь
Нелегированная сталь = (низко-/средне-/высокоуглеродистая) сталь
Легированная сталь/нержавеющая сталь
Цветные металлы
Алюминий
Латунь
Бронза
Медь
Вести
Цинк
Олово
Золото
Серебро
Титан
никель
В чём разница между чёрными и цветными металлами?
Далее мы подробно сравним черные и цветные металлы с разных точек зрения. Для вашего удобства в конце статьи прилагается упрощенная таблица.
Появление
Внешний вид черных металлов
Чугун
Чугун — это ферромагнитный металл, получаемый в процессе литья. В его состав входит углерод, обычно в форме графита. Существуют два наиболее распространенных типа чугуна: серый чугун и высокопрочный чугун.
Серый чугун
Серый чугун имеет матовый темно-серый (наиболее распространенный) или черный цвет. Темный цвет серого чугуна в основном обусловлен большим количеством чешуйчатого графита. После окисления поверхность серого чугуна покрывается красновато-коричневой ржавчиной. Поверхность серого чугуна обычно шероховатая и неровная, главным образом потому, что чешуйчатый графит в его микроструктуре распределен в основном неравномерно, в виде сетки и слоистых образований, что делает поверхность серого чугуна неровной с макроскопической точки зрения. Кроме того, серый чугун обычно отливают в песчаные формы, что делает его склонным к различным дефектам (таким как поры). При производстве крупных отливок шероховатость поверхности, вызванная этими зазорами, более заметна.
Ковкий чугун
В отличие от серого чугуна, сферическая графитовая структура высокопрочного чугуна распределена более равномерно, чем чешуйчатая графитовая структура серого чугуна, поэтому поверхность высокопрочного чугуна гладкая и изящная, ярко-темно-серая или серебристо-серая. Высокопрочный чугун, по сравнению с серым чугуном, обладает хорошей ударной вязкостью и пластичностью, поэтому он прочнее и может выдерживать большие ударные нагрузки.
Кованое железо
Кованое железо — ещё один чёрный металл, получаемый путём ковки. Кованое железо имеет серебристо-серый или тёмно-серый цвет. Подобно чугуну, после окисления на поверхности образуется слой красновато-коричневой ржавчины. Поскольку ковка — это процесс обработки железа путём ковки, молотка и т. д., поверхность кованого железа имеет волокнистую текстуру и сохраняет некоторые следы ковки, такие как следы от молотка, и в целом относительно гладкая.
Нелегированная сталь/Низко-/Средне-/Высокоуглеродистая сталь
Углеродистая сталь, также известная как нелегированная сталь, представляет собой сплав железа и углерода. В зависимости от содержания углерода она делится на низкоуглеродистую, среднеуглеродистую и высокоуглеродистую сталь, и их внешние характеристики различаются.
Низкоуглеродистая сталь
Содержание углерода в низкоуглеродистой стали составляет от 0,05 до 0,151 TP3T. Поверхность низкоуглеродистой стали имеет светло-серый или серебристо-серый цвет. Благодаря низкому содержанию углерода, она обладает низкой твердостью и легко поддается обработке. Поэтому после обработки низкоуглеродистая сталь часто имеет гладкую и ровную поверхность.
Среднеуглеродистая сталь
Содержание углерода в среднеуглеродистой стали составляет 0,3–0,51 ТП3Т. Поверхность среднеуглеродистой стали имеет металлический серый цвет. Ее внешний вид не такой блестящий, как у низкоуглеродистой стали, и она в основном имеет матовую текстуру с низким блеском.
Высокоуглеродистая сталь
Содержание углерода в высокоуглеродистой стали составляет от 0,6 до 1,01 ТТ3Т. Цвет высокоуглеродистой стали преимущественно металлический серый или темно-серый. Высокое содержание углерода обуславливает её более высокую твердость, но при обработке легко образуются многочисленные мелкие неровности и царапины, что делает поверхность высокоуглеродистой стали неровной и придает ей матовую текстуру.
Легированная сталь/Нержавеющая сталь
Легированная сталь — еще один основной тип черных металлов. Так называемая легированная сталь — это сталь, полученная путем смешивания легирующих элементов, таких как хром, никель, кремний, медь, титан и железо. Эти легирующие элементы также придают легированной стали хорошую поверхность.
Нержавеющая сталь — наиболее распространенный легированный вид стали. Основным компонентом нержавеющей стали по-прежнему является железо, за ним следует хром, а затем другие легирующие элементы, такие как никель, молибден, титан и др. Поверхность нержавеющей стали обычно гладкая, серебристо-белая, серо-белая или почти зеркальная. Кроме того, нержавеющая сталь может подвергаться различным процессам обработки поверхности, таким как полировка, шлифовка и т.д., что позволяет придать ей более привлекательный внешний вид и сделать её более подходящей для применений, требующих современного дизайна.
Внешний вид цветных металлов
Цветные металлы в нормальных условиях обладают разнообразными металлическими цветами.
Алюминий
В нормальных условиях алюминий визуально похож на серебро, имея серебристо-серый металлический блеск. Алюминий имеет гладкую поверхность, которая отражает видимый свет подобно зеркалу. Алюминиевые сплавы имеют серебристо-белый металлический блеск в гладком состоянии и темно-серый в шероховатом.
Латунь
Латунь — это сплав меди и цинка. Латунь имеет яркий золотистый цвет и является популярным материалом для множества эстетически привлекательных применений. Латунь с более высоким содержанием меди мягче и имеет более золотистый цвет; наоборот, латунь с более низким содержанием меди и более высоким содержанием цинка тверже и имеет более серебристый цвет.
Бронза
Бронза — это сплав, состоящий преимущественно из меди и олова. Содержание олова обычно составляет 12-12,51 TP3T, и часто добавляются другие металлы. Изделия из бронзы имеют золотисто-коричневый цвет в свежем виде и синевато-серый цвет после окисления.
Медь
Медь — мягкий металл. Новая, чистая медь имеет розовато-оранжевый металлический блеск.
Вести
Свинец — мягкий металл. При резке свинцовый металл имеет слегка голубовато-серебристый оттенок. После некоторого времени воздействия воздуха поперечный срез теряет блеск и становится тёмно-серым.
Цинк
Цинк — твёрдое и хрупкое вещество при комнатной температуре, имеющее голубовато-белый цвет и металлический блеск.
Олово
Олово — мягкий металл серебристо-белого цвета.
Золото
При комнатной температуре золото обладает ярким металлическим блеском, имеет желтовато-красный цвет и в целом мягкую текстуру.
Серебро
При комнатной температуре серебро — мягкий металл с белым блеском.
Титан
Поверхность титана имеет серебристый металлический блеск, она гладкая и твердая.
никель
Никель — это твердое вещество с серебристо-белым металлическим блеском при комнатной температуре, его серебристо-белый цвет смешан с примесью светлого золота, и он относительно твердый.
Краткое содержание
На основе вышеизложенного можно выделить следующие закономерности. Большинство черных металлов имеют темно-серый и темно-черный цвет, низкий блеск и шероховатую поверхность. Некоторые обладают ярким металлическим оттенком. Цвета цветных металлов более насыщенные, включая золото, серебро, красный, бирюзовый и т.д. При этом они обладают большей яркостью, а поверхности большинства металлов более гладкие.
Химический состав
Черные металлы
К черным металлам относятся в основном сталь и чугун. Основными компонентами этих двух типов металлов являются преимущественно железо и углерод, дополненные небольшим количеством других элементов;
Цветные металлы
Основными компонентами цветных металлов являются металлы, отличные от железа, включая алюминий, медь, золото, серебро, никель и т. д.;
Магнитный
Черные металлы обладают магнитными свойствами и могут притягиваться магнитами;
Большинство цветных металлов не обладают магнитными свойствами и не могут притягиваться магнитами.
Однако некоторые сплавы цветных металлов проявляют магнетизм. Например, латунь также будет проявлять магнетизм, если в нее добавить алюминий, железо и другие элементы;
Восприимчивость к коррозии
Черные металлы подвержены коррозии и ржавчине.
Поскольку основным компонентом черных металлов является железо, они легко ржавеют и подвергаются коррозии при воздействии воздуха и влажной среды. Благодаря добавлению легирующих элементов, таких как никель и хром, нержавеющая сталь, являющаяся одним из черных металлов, может справиться с этой проблемой коррозии.;
Цветные металлы обычно обладают высокой коррозионной стойкостью и часто используются в условиях сильной коррозии;
Плотность
Плотность черных металлов, как правило, выше, чем плотность цветных металлов.
В качестве примера рассмотрим нержавеющую сталь. Плотность обычной нержавеющей стали марки 304 составляет 7,9 г/см³, а плотность низкоуглеродистой стали — около 7,85 г/см³.;
Плотность цветных металлов обычно ниже, чем плотность черных металлов.
Плотность распространенных цветных металлов составляет: алюминий (2,7 г/см³), титан (4,5 г/см³), магний (1,737 г/см³) и др.
Прочность и долговечность
Черные металлы, особенно сталь, как правило, обладают высокой прочностью.
Путем примеси легирующих элементов можно улучшить механическую прочность и свойства стали. Однако сталь обладает низкой коррозионной стойкостью и легко подвергается коррозии, поэтому срок ее службы часто ограничен. Только с помощью специальной обработки поверхности или добавления некоторых элементов в процессе производства, таких как хром, никель и титан, можно улучшить коррозионную стойкость стали в экстремальных условиях и увеличить срок ее службы.;
Прочность цветных металлов, как правило, ниже, чем прочность черных металлов.
Титан является исключением. Титан — это цветной металл с очень высоким соотношением прочности к весу. В областях применения с высокими требованиями, таких как аэрокосмическая промышленность, титан более подходит, чем сталь. Большинство цветных металлов, таких как алюминий и магний, требуют легирования для повышения их прочности; цветные металлы, как правило, обладают хорошей коррозионной стойкостью, что может обеспечить длительную эксплуатацию оборудования в морской среде и при высоких температурах;
Электропроводность
К черным металлам относятся в основном железо и сплавы железа, и их электропроводность, как правило, низкая.
Из-за кристаллической структуры и электронного расположения железа его электропроводность низка. При 20℃ электропроводность железа составляет около 1,00×10⁻⁶.7σ (См/м). При 20℃ электропроводность углеродистой стали составляет 1,43×10⁻⁶.−7σ (См/м), а электропроводность нержавеющей стали составляет 1,45×10⁻³.6σ (С/м);
Цветные металлы, как правило, обладают большей проводимостью, чем черные металлы.
Электропроводность меди составляет 5,96×10⁻⁶.7σ (См/м), электрическая проводимость серебра является самой высокой среди всех металлов и составляет около 6,30×10⁻⁶.7σ (См/м), а электропроводность алюминия составляет примерно 3,5×10⁻⁶.7σ (См/м). Поэтому цветные металлы все шире используются в таких отраслях, как электроэнергетика, электротехника и производство электронных компонентов;
Теплопроводность
Теплопроводность черных металлов, как правило, низкая.
Железо обладает низкой теплопроводностью, около 80 Вт/м·К, а кристаллическая структура стали, полученной путем смешивания железа с другими элементами, становится более сложной, что также снижает теплопроводность. Теплопроводность нержавеющей стали составляет 15-30 Вт/м·К, в то время как теплопроводность углеродистой стали — 45-58 Вт/м·К, теплопроводность кованого железа — 59 Вт/м·К, а теплопроводность обычного серого чугуна — около 40 Вт/м·К;
Теплопроводность цветных металлов, как правило, выше, чем у черных металлов.
Теплопроводность меди составляет 401 Вт/м·К, что почти в 8 раз выше, чем у железа, в то время как теплопроводность серебра выше, чем у меди, и составляет 429 Вт/м·К. Поэтому цветные металлы больше подходят для таких применений, как теплообмен.
Пластичность
Пластичность черных металлов, как правило, низкая, и удельная пластичность зависит от состава сплава и термической обработки.
В целом, сталь с более низким содержанием углерода обладает лучшей пластичностью, но с увеличением содержания углерода твердость и прочность высокоуглеродистой стали возрастают, а пластичность ухудшается. Высокоуглеродистая сталь склонна к хрупкости при холодной и горячей обработке. В чугуне графит серого чугуна распределен в виде хлопьев, что приводит к низкой пластичности и ударной вязкости, в то время как сферический графит в высокопрочном чугуне улучшает пластичность самого чугуна, демонстрируя лучшую пластичность, чем серый чугун. С помощью отжига, нормализации, закалки, отпуска и других методов термической обработки можно значительно изменить структуру металла и улучшить его пластичность.
Цветные металлы, как правило, обладают более высокой пластичностью.
Например, обычный алюминий, медь, никель, цинк и титан относительно мягкие при комнатной температуре по сравнению с черными металлами, обладают лучшей пластичностью и, следовательно, большей упругостью.
Технологичность
При комнатной температуре технологичность обработки черных металлов низкая.
Углеродистая сталь, легированная сталь и другие стали, содержащие в себе множество других элементов, обладают высокой прочностью и твердостью, но при этом сталь становится более твердой и хрупкой, что приводит к износу инструмента и образованию поверхностных трещин, усложняя обработку. Часто возникает необходимость использования высокоэффективных обрабатывающих инструментов или соответствующих методов термообработки для снижения хрупкости материала и упрощения обработки.;
При комнатной температуре цветные металлы обладают хорошей обрабатываемостью.
Большинство цветных металлов при комнатной температуре обладают хорошей пластичностью и относительной мягкостью. Большинство чистых цветных металлов обладают хорошими режущими свойствами и меньшим износом инструмента; однако сплавы цветных металлов, такие как титановые сплавы, также относительно сложны в обработке.;
Расходы
Стоимость черных металлов низкая.
Черные металлы — это в основном железо и сталь. Указанные здесь затраты в основном включают стоимость получения сырья, производственные издержки и энергопотребление в процессе производства. Благодаря обильным запасам железа и развитой технологии плавки и переработки, общая стоимость черных металлов относительно низка.
Стоимость цветных металлов высока.
Цветные металлы включают медь, алюминий, цинк, свинец, никель и др. Запасы некоторых из этих металлов невелики, и они более рассредоточены. Транспортные расходы на металлы высоки. В то же время, выплавка и переработка цветных металлов более сложны, а технологический процесс более трудоемкий, поэтому общая стоимость также высока.;
Переработка отходов
Переработка черных металлов относительно несложна. Черные металлы имеют ценность для вторичной переработки.
Переработка металлов включает в себя такие аспекты, как сложность, стоимость, источники и ценность переработки. История переработки черных металлов очень длинная. Благодаря применению нового оборудования и новых технологий, технология переработки черных металлов достигла высокого уровня зрелости, а стоимость переработки относительно низка. В то же время черные металлы широко используются в нашей повседневной жизни и промышленности. Строительные отходы, автомобили и бытовая техника являются основными источниками черных металлов, поэтому ресурсы отходов черных металлов весьма достаточны. Одновременно с этим, рыночный спрос на черные металлы также очень высок, и их ценность для переработки особенно высока.
Переработка цветных металлов сопряжена с относительно высокими трудностями. Цветные металлы также имеют ценность для вторичной переработки.
Во-первых, химические и физические свойства цветных металлов существенно различаются, поэтому и методы их переработки тоже сильно отличаются. Например, медь перерабатывается в несколько этапов, таких как плавка, десульфуризация и раскисление при выплавке; в то время как цинк требует переработки с помощью электролитической плавки, что позволяет повысить степень рафинирования цинка. Поэтому стоимость переработки цветных металлов также является важным фактором, который нельзя игнорировать. Что касается источников отходов цветных металлов, то большинство изделий из них имеют длительный срок службы, и по сравнению с черными металлами отходов цветных металлов относительно меньше. Хотя сложность и стоимость переработки цветных металлов относительно высоки, а источников отходов относительно мало, они также обладают большой ценностью для вторичной переработки.
Заключение
В предыдущих главах мы сначала изучили распространенные черные и цветные металлы, а затем сравнили их химические и физические свойства в различных аспектах. Преимущества черных и цветных металлов позволяют им широко использоваться в различных отраслях промышленности и играть важную роль в современной повседневной жизни и промышленном производстве. В то же время понимание их недостатков позволяет нам более тщательно продумывать решения для задач проекта. Надеюсь, эта статья принесет вам новые идеи и пользу. HYT продолжит предоставлять вам более ценный контент, связанный с металлами.
Упрощенная таблица различий между черными и цветными металлами
| Разница | Черные металлы | Цветные металлы |
| Химический состав | В основном железо и углерод; | Металлы, не содержащие железа; |
| Магнитные свойства | Черные металлы обладают магнитными свойствами; | Большинство цветных металлов немагнитны; |
| Восприимчивость к коррозии | Черные металлы подвержены ржавчине и коррозии; | Цветные металлы обычно обладают высокой коррозионной стойкостью; |
| Плотность | Плотность черных металлов, как правило, выше, чем плотность цветных металлов; | Цветные металлы, как правило, имеют меньшую плотность, чем черные металлы; |
| Прочность и долговечность | Черные металлы, как правило, обладают высокой прочностью и длительным сроком службы; | Прочность цветных металлов, как правило, ниже, чем прочность черных металлов; |
| Электропроводность | Железосодержащие металлы, как правило, обладают низкой электропроводностью; | Цветные металлы, как правило, проводят электричество лучше, чем черные металлы; |
| Теплопроводность | Железосодержащие металлы, как правило, обладают низкой теплопроводностью; | Теплопроводность цветных металлов, как правило, выше, чем у черных металлов; |
| Пластичность | Пластичность черных металлов, как правило, низкая; | Пластичность цветных металлов, как правило, высока; |
| Технологичность | При комнатной температуре обрабатываемость черных металлов низкая; | При комнатной температуре цветные металлы обладают хорошей обрабатываемостью; |
| Расходы | Стоимость черных металлов ниже; | Стоимость цветных металлов выше; |
| Переработка отходов | Переработка черных металлов относительно несложна; | Переработка цветных металлов представляет собой относительно сложную задачу; |
HYT Черные и цветные металлы
HYT — профессиональный производитель и поставщик металлопродукции из Китая. Мы предлагаем широкий ассортимент изделий из черных и цветных металлов, включая металлические листы, рулоны, прутки, трубы, поковки, отливки и т.д., изготовленные из углеродистой стали, инструментальной стали, нержавеющей стали, никелевых сплавов, меди и медных сплавов, титана и титановых сплавов. Мы стремимся предоставить вам комплексное решение, которое поможет минимизировать временные и финансовые затраты на ваш проект, повысить эффективность его реализации и окупаемость инвестиций, а также достичь взаимовыгодных результатов.
Ссылка
Таблица удельного электрического сопротивления и проводимости